Введение к работе
- з -.
Актуальность проблемы. В силовых конструкциях летательных
аппаратоз наметилась тенденция роста номенклатуры стальных отливок
по выплавляемым моделям. Замена проката, штамповок и сварных узлов
на. литье позволяет снизить объем механической обработки и потери
металла на стружку. При решении вопросов применения деталей в из
делиях авиационной техники прежде всего должны быть обеспечены га
рантированная конструкционная прочность и надежность, отсутствие
случайных отклонений .от заданных технических условий. Литейное
произЕодс.во самолетостроительных предприятий носит мелкосерийный,
гчогономенклатурный характер, а отливп значительно отличаются по
конфигурации, габаритам и весу. По конфигурации силовые детали
(качалки, .подвески, кронштейны) хараетвркзуштж наличием проушин.
длинномерных плоских стенок, сечен1Вйквробяатпй."и. П-образной фор
мы. І.ХЛ- образного вида-сочлевшвяи:ствнох-:и: ребер; резкими пе- .
реходами от массивных*частей'к тонким: , Существующий, технологичес
кий процесс литья nffвыплавляемым-моделям.(ЛВМ) характеризуется
. плавкой стали в открытых печах и заливкой" формы из ковша. Много
факторная зависимость-- свойств отливок ЛВМ or конструктивно-техно
логических параметров:-и:кйогономенклатурный характер производства
приводят к нестабильности, технологических процессов, большим- поте
рям отливок, форм;, моделей, неоднородности структуры, и мехсвойств
как в различных- час~ещ. так- и в разных- партиях отливок. Получение
тонкостенных, стальній-' деїалш с гарантированной, конструкционной'
прочностью и надежностьв для силовых: конструкций самолетов, . psuQ-
тающих в условиях циклических нагрузок, потребовало- разработки; но
вых технологических решений и методов оценки конструкционной: проч
ности отливок. ' I .
ц#а> рба№,: Разработка технических решений и создание на их основе технологического,процесса литья по выплавляемый- моде-' лям.с кристаллизацией, под давлением (ЛВШЭД, обеспечивавшего получение тонкостенных-отливок с заданной-конструкционной лрочкостьв.
Зфййй ий!ййШайия. і. Изучение, закономерностей. структуро-
образования- модельных композиций (Ш) с целью выбора оптимального
материала и технологии, получения вышавляешя моделей (ВМ) тонкос
тенных отливок ответственного назначения. ..-'
2. Изучение механизма формообразования оболочковых многослойных -Форм (ОФ) с цельй стабилизации технологического процесса и иссле-
- 4 -дование гидравлической прочности ОФ в зависимости от способов их изготовления и формовки.
-
Изучение условий формирования стальных отливок по выплавляемым моделям с кристаллизацей пол.давлением: Определение, параметров литья, и разработка технологического процесса ЛВМКД.
-
Исследование конструкционной прочности отливок . из стали 08ХІ4Н5М2ДЛ (ВНЛ-3), лолученных по методу ЛВМКД. '
'Научная новизна. Методологическую новизну работы определяет комплексный подход я проблеме получения и оценки качества на ' всех этапах формообразования тонкостенных отливок ЛВМКД. Теоретически обоснованы теплосиловые параметры процессов изготовления ВМ, ОФ и отливок, обеспечивающие их конструкционную прочность. .
Установлено значительное увеличение текучести МК под действием вибрации и экспериментально подтверждена возможность получения ВМ без расплавления МК методом вибропрессования. - .
Разработаны механизм формирования и метод гидроиспытаяий . ОФ. "Установлены зависимости прочности на изгиб и гидравлической прочности ОФ от способов изготовления, упрочнения, и формовки.
Разработаны технические решения, на основе которых создан новый технологический процесс ЛВМКД. Установлены закономерности распределения температуры стали в металлоприеияике и зависимость, заполняемое тонких стенок от давления и расхода расплава на входе в форму.
Разработаны методы оценки я.получены количественные значения конструкционной прочности стали БНЛ-3 при статических и .цикли- ческих нагрузках.
Практическая ценность. В результате.проведенных исследований решены проблемы получения тонкостенных отливок с заданной конструкционной прочностью.
Разработан способ и чертежи установки изготовления.ВМ виб-' ропрессованием из твердых'МК.
Разработан и внедрен в производство способ обработки поверхности модельного - блока (МБ), перед нанесением суспензии в водном растворе ПАВ.
Разработана установка приготовления суспензии и нанесения ее на МБ методом вакуумного всасывания.
Разработана установка индивидуального выплавления МБ под ' давлением пара.
Разработано и внедрено устройство термостатирования проб для определения значений "горячей" магнитной индукции стали ВНЛ-3. .
Разработана и внедрена установка ЛВМКД. Разработан и внедрен новый технологический процесс ЛМКД. Экономический эффект от внедрения 190.0 тыс. руб. в ценах 1991 года.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции НАПО, г. Новосибирск. 1986; Межотраслевом Экспертном Совете, г. Москва 1989; Межотраслевом совещании, г. Самара. 1991; Межрегиональной конференции, г. Хабаровск, 1991: Республиканском семинаре, г. Москва, 1992.
Публикации. Материалы работы опубликованы в 13 статьях и 5 описаниях авторских свидетельств.
Состояние вопроса по литературным данным. Используя принципы физико-химической механики дисперсных систем Лакеев А. С. (1986) заложил научные основы получения ЕМ и ОФ. Однако, выпускаемое оборудование и применяемыетехпроцессы не обеспечивают требуемого качества вм и ОФ в условиях мелкосерийного и многономенклатурного производства, а методы контроля и испытаний прочности ОФ не отражают реальных силовых воздействий жидкого металла. Специальные технологические процессы ЛПД, ЛНД, ЛВВ из-за низкой стойкости прессформ и контактирующей с жидким металлом оснасткой не нашли широкого применения, хотя для получения отдельных деталей из дорогостоящих сталей п сплавоз могут быть экономически эффективны [1]. Литье методом направленного затвердевания из-за дорогостоящей технологии ОФ. высоких энергозатрат и длительности технологического цикла применяется в основном для получения лопаток ГТД. Анализ отечественных и зарубежных патентов показал отсутствие приемлемых технических решений и способов литья под давлением тонкостенных отливок лабой сложности. Следует отметить, что мало исследован вопрос конструкционной прочности отливок при циклических нагрузках, а отсутствие этих данных сдерживает применение литых деталей b изделиях авиакосмической техники.
Катерная и кетодика исследований.,Работа проводилась в условиях предприятий: Новосибирского авиационного зазода. Института прикладной.физики. Новосибирского филиала НИАТ. институтов Горного дела. Математики. СО РАН, НІЇАТ. ВШЇС. МАСИ. ЕИАМ з ракках научно-технического сотрудничества. В работе использовались как стандартные установки, оборудование и приборы, так и устройства и
--6 -установки, разработанные автором, а именно: устройство для исследования воздействия вибрации.на'модельный состав [8]. установка для исследований по гидравлической прочности форм {4]. устройство термостатирования проб для определения значений "горячей" магнитной индукции [2], установка ЛВМКД [33. Для высокотемпературных измерений использовались термопары погружения ПР 30/6. Для записи замеров температуры, использовались модернизированные стандартные приборы КСП-3 с увеличенной скоростью вращения диска, что обеспечивает запись значений температур на диаграммах за короткие промежутки времени. Химический состав сталей определяли на квантоі-.етрах ДФС-36, содержание углерода на экспрессанализаторе АН-7529, содержание 0 . Н . W , на установках РН-2 и ТС-136. Мехсвойстза определялись на разрывной машине "Амслер" Юте и копре Шзрпи 15кгм. Теп-лофизические свойства стали ВНЛ-3 определяли в ИТФ СО FAH по методике и на установке д.т.н. А.С. Басина. Фазовый состав стали ВНЛ определяли на приборе МКЛ-3 конструкции ВИАМ. Определение механических свойств проводили на стандартных отдельно отлитых или отделено прилитых к отливкам образцах.. Заполняемость форм проверяли на технологических пробах. Усталостные испытания на долговечность производили на литых образцах-имитаторах [4,10,11.12].